一種脈衝式功率型led電壓-電流-結溫特性測試裝置製造方法
2023-05-28 05:57:51 1
一種脈衝式功率型led電壓-電流-結溫特性測試裝置製造方法
【專利摘要】一種脈衝式功率型LED電壓-電流-結溫特性測試裝置，涉及發光二極體特性測試裝置。設有夾具、溫度控制模塊、脈衝電流源、數字控制模塊、數據採集模塊、精密取樣電阻和計算機；待測LED安裝在夾具上，所述溫度控制模塊與數字控制模塊相連用於設置溫度和反饋溫度，溫度控制模塊與夾具相連用於加熱或製冷和監控溫度，所述脈衝電流源與數字控制模塊相連用於設置脈衝參數，脈衝電流源與精密取樣電阻一端相連，所述精密取樣電阻另一端與待測LED相連；所述精密取樣電阻兩端和待測LED均與數據採集模塊相連用於採集流經待測LED的電流和端電壓；數據採集模塊與數字控制模塊相連用於數據反饋，數字控制模塊與計算機通過USB相連。
【專利說明】—種脈衝式功率型LED電壓-電流-結溫特性測試裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及發光二極體特性測試裝置，尤其是涉及一種脈衝式功率型LED電壓-電流-結溫特性測試裝置。
【背景技術】
[0002]發光二極體(Light-Emitting Diode, LED)是半導體照明產業中應用非常廣泛的器件。由於當前的材料、封裝和工藝等技術水平所限，LED器件的散熱問題突出，其工作電壓、電流和結溫特性嚴重影響了 LED的性能(包括光度、色度和電氣參數等)，也是決定LED光電特性和壽命的重要參數。
[0003]目前，LED的電壓-電流-結溫特性檢測方法有紅外熱像儀法(馮士維，謝學松，呂長志.半導體器件熱特性的電學法測量與分析[J]，半導體學報，1999，20(5):358-364)、顯微拉曼光譜法(Link A, Bitzer K, Limmer ff, et al.Temperature dependence of the E2andAl(L0)phonons in GaN and A1N[J], J Appl Phys.1999，86 (11):6256-6260)、電致和光致發光法(Xi Y, Xi J Q, Gessmann Τ, et al.Junction and carrier temperature measurementsin deep-ultraviolet light-emitting diodes using three different methods[J], ApplPhys Lett, 2005，86 (3): 031907.1-031907.3)、電學參數法(Kirkus L, Kalceff ff, MccredieG.System for measuring the junction temperature of a light emitting diode immersedin liquid nitrogen [J], Rev Sci Instrum, 2006, 77 (4):046107-046110)等。
[0004]在傳統的電學測試方法中，為了減小測試電流產生自熱效應，測試電流應儘可能小，然而過小的測試電流會影響到測試信號的信噪比。而且，實際上任何數量級的測試電流都將產生熱效應，引入測量誤差。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於針對現有的LED的電壓-電流-結溫特性檢測方法存在的缺點，提供採用脈衝電流注入，測試其正向電壓，可獲得更準確的LED結溫參數，可用於LED器件的熱學性能表徵測試，不會造成大的熱積累或大的溫升，極大提高測量的精度的一種脈衝式功率型LED電壓-電流-結溫特性測試裝置。
[0006]本發明設有夾具、溫度控制模塊、脈衝電流源、數字控制模塊、數據採集模塊、精密取樣電阻和計算機；
[0007]待測LED安裝在夾具上，所述溫度控制模塊與數字控制模塊相連用於設置溫度和反饋溫度，所述溫度控制模塊與夾具相連用於加熱或製冷和監控溫度，所述脈衝電流源與數字控制模塊相連用於設置脈衝參數，所述脈衝電流源與精密取樣電阻一端相連，所述精密取樣電阻另一端與待測LED相連；所述精密取樣電阻兩端和待測LED均與數據採集模塊相連用於採集流經待測LED的電流和端電壓；數據採集模塊與數字控制模塊相連用於數據反饋，數字控制模塊與計算機通過USB相連。
[0008]所述脈衝電流源可由恆流源、脈衝發生器和耦合輸出接口組成，輸出的最小脈衝覽度達I y s。
[0009]本發明採用脈衝電流(窄脈衝和小佔空比的脈衝)注入測試，此時LED器件PN結區處於發熱與散熱的交替過程，不會造成大的熱積累或大的溫升，極大提高測量的精度。
[0010]本發明可以測試在不同結溫(PN結溫度)下LED工作電流與正向電壓的關係，以表徵功率型LED的熱學特性。本發明的工作原理是通過產生可控的窄脈衝電流來驅動LED，對其峰值時的電壓電流進行採樣，同時控制和採集LED的熱沉溫度，從而獲得不同結溫下LED的電壓-電流-結溫特性曲線。
[0011]本發明的技術效果在於:
[0012](I)本發明針對功率型LED器件電壓-電流-結溫特性檢測的需要，提出了採用窄脈衝注入式檢測的方法，實現了功率型LED電壓、電流和結溫的同步測試，為功率型LED熱學特性表徵提供了數據支持。在窄脈衝注入下，功率型LED處於發熱和散熱交替的工作狀態，不會產生大的熱量積累，極大減小了注入電流引起的自熱效應。
[0013](2)本發明構建了高穩定度、窄脈衝驅動電流源，脈衝驅動電流的幅值穩定性由恆流源保證，而脈衝寬度和脈衝周期的調整由FPGA器件建立的數字電路實現，脈衝上升時間和下降時間由耦合輸出接口來保證，最終實現了較為理想的窄脈衝驅動電流。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明實施例的結構組成圖。
[0015]圖2為本發明實施例的基本時序圖。
[0016]圖3為本發明實施例對某功率型LED器件在不同結溫下的電壓-電流特性的測試結果。
【具體實施方式】
[0017]以下實施例將結合附圖對本發明作進一步的說明。
[0018]參見圖1?3，本發明實施例設有夾具2、溫度控制模塊3、脈衝電流源4、數字控制模塊5、數據採集模塊6、精密取樣電阻7、計算機8。
[0019]待測LEDl安裝在夾具2上，所述溫度控制模塊3與數字控制模塊5相連用於設置溫度和反饋溫度，所述溫度控制模塊3與夾具2相連用於加熱或製冷和監控溫度，所述脈衝電流源4與數字控制模塊5相連用於設置脈衝參數，所述脈衝電流源4與精密取樣電阻7一端相連，所述精密取樣電阻7另一端與待測LEDl相連；所述精密取樣電阻7兩端和待測LEDl均與數據採集模塊6相連用於採集流經待測LEDl的電流和端電壓；數據採集模塊6與數字控制模塊5相連用於數據反饋，數字控制模塊5與計算機8通過USB相連。
[0020]以下給出本發明的工作原理:
[0021 ] 1、將被測LED放於可控恆溫測試夾具中，系統既可以設置和保持LED熱沉的溫度，使其在某特定溫度下工作，也可以通過緊貼的溫度傳感器讀取任意時刻LED的結溫。
[0022]2、脈衝電流源採用ARM+FPGA主從CPU結構，控制峰值大小可調的恆定電流、同時由FPGA器件產生脈衝寬度和佔空比可調的窄脈衝信號。脈衝信號和電流經過調製電路耦合後產生脈衝電流來驅動LED。
[0023]3、數據採集模塊可以實時讀取任意電流下LED兩端的正向電壓和驅動電流，同時對電流進行校正。
[0024]4、整個系統通過USB接口由計算機的測量軟體進行控制和數據採集。
[0025]本發明的脈衝電流源對脈衝電流的輸出寬度可以穩定地控制在I μ S，從而很好地控制LED器件的發熱時間。而本發明的溫度控制模塊，同時採用了恆溫箱和熱沉雙級溫度控制，藉助負反饋控制，對LED器件PN結溫度的控制和採樣精度可以達到0.5°C。
[0026]為進一步說明本發明的優點，圖2給出了在預先設定的脈衝佔空比和步幅的電流注入下，LED兩端電壓、輸出光脈衝和結溫變化時序圖，為了準確獲得單脈衝注入下的電流和電壓值，還需要專門的取樣脈衝信號，用於控制脈衝電流和電壓的同步取樣。從圖2中可以看出，電流脈衝寬度越窄，脈衝間隔時間越長，LED結溫熱積累越小。若採用傳統的連續注入方式，結溫脈衝將持續上升，嚴重影響測試精度。
[0027]圖1給出了本發明的脈衝式LED電壓-電流-結溫特性測試裝置結構組成圖。利用窄脈衝電流注入下LED在某設定溫度工作時的正向電壓來獲得表徵LED特性的參數。
[0028]以下給出本發明實施例的使用方法，包括如下步驟:
[0029]I)將待測LEDl安裝在夾具2上；
[0030]2)啟動溫度控制模塊3，計算機8將設定溫度數值通過USB接口傳輸給數字控制模塊5，等待溫度控制模塊3達到設定溫度；
[0031]3)計算機8設定脈衝驅動條件，包括脈衝幅值範圍、脈衝幅值限定值、步長、脈衝寬度和脈衝周期，同時設定採樣門寬度，將這些數值傳輸給數字控制模塊5，脈衝電流源4根據這些設定數值產生相應波形的窄脈衝電流；
[0032]4)窄脈衝電流按照設定的步長逐步增大的同時，數據採集模塊6在採樣門信號控制下，同步採集精密取樣電阻7兩端的電壓值，每一步長採樣一組數據；
[0033]5)數字控制模塊5將測試數據傳輸給計算機8，計算機8接收、保存測試數據，獲得待測LEDl的電壓-電流曲線；
[0034]6)重複步驟2)?5)，可以得到待測LEDl在不同工作溫度時的電壓-電流曲線。
[0035]所述脈衝電流源4由恆流源、脈衝發生器和耦合輸出接口組成，輸出的最小脈衝覽度達I P s。
[0036]圖3給出本發明裝置對某LED器件的測試結果，在不同的PN結溫度條件下，測試了該LED的電壓-電流。在圖3中，用不同形狀的圖標表示不同PN結溫度下的電壓-電流數據點對，並用直線將相同溫度的數據點連接起來。
【權利要求】
1.一種脈衝式功率型LED電壓-電流-結溫特性測試裝置，其特徵在於設有夾具、溫度控制模塊、脈衝電流源、數字控制模塊、數據採集模塊、精密取樣電阻和計算機； 待測LED安裝在夾具上，所述溫度控制模塊與數字控制模塊相連用於設置溫度和反饋溫度，所述溫度控制模塊與夾具相連用於加熱或製冷和監控溫度，所述脈衝電流源與數字控制模塊相連用於設置脈衝參數，所述脈衝電流源與精密取樣電阻一端相連，所述精密取樣電阻另一端與待測LED相連；所述精密取樣電阻兩端和待測LED均與數據採集模塊相連用於採集流經待測LED的電流和端電壓；數據採集模塊與數字控制模塊相連用於數據反饋，數字控制模塊與計算機通過USB相連。
2.如權利要求1所述一種脈衝式功率型LED電壓-電流-結溫特性測試裝置，其特徵在於所述脈衝電流源由恆流源、脈衝發生器和耦合輸出接口組成，輸出的最小脈衝寬度達Iys 0
【文檔編號】G01R31/26GK104020405SQ201410292723
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月26日 優先權日:2014年6月26日
【發明者】範賢光, 王昕 , 許英傑, 吳景林, 闕靖 申請人:廈門大學